船舶发电机组负荷功率自动控制系统设计

 船舶发电机组的负荷性能测试，是船体制造过程中的一个重要环节。相对于人工手动操作进行测试，采用模糊方式实现负荷功率的自动控制，极大的促进了船舶制造工艺的自动化进程。本文介绍了盐水缸负荷系统，阐述了盐水缸功率、水电阻负荷功率、电抗器功率的自动控制系统设计。
    盐水缸是船舶发电机组在进行试验时常用的负荷设备，在进行负荷试验时，往往会消耗大量的电能。如果能够将这部分电能利用在电网中，就能够对大量的燃料消耗进行补偿。但是，这样做的前提条件是需要一套复杂的变换设备，并且不能进行突加负荷试验。目前而言，大多数船厂在进行复合型检测时，依然采用人工操作的方法。传统的人工操作缺点在于用时长、数据不够准确。结合盐水缸的实际情况，针对发电机组在试验过程中的电抗器和水电阻的负荷特点，使用模糊控制的方法能够实现发电机组负荷功率的自动控制。而且，具有时间短、超调量少、稳定性高的优点。
    盐水缸负荷系统
    盐水缸负荷系统由三个部分组成，分别是：PLC控制器、电抗器、2个水电阻负荷缸。就国内的水电阻负荷缸而言，通常使用钢丝式的结构，工作方式是水面不动，极板进行升降。这种方法在运行过程中可靠性不好，极板的升降容易使机械传动结构发生故障。
    而本文中设计的盐水缸负荷系统采用气压储水式，即极板不动，通过液位的高度调节，来改变极板与水电阻的接触面积，从而实现对电流大小的控制。功率大小和电流大小是正相关的关系，所以控制电流的大小，就能够控制负荷功率的大小。
    工作缸内布置有工作极板，储蓄缸里装满了盐水。当负荷需要增加的时候，充气的电磁阀就会打开，向储备缸内充气。经过充气之后的储备缸气压会增加，在气压的作用下，有一部分的水就会通过连接的水管进入到工作缸内。正因为这个原因，增加了工作极板和盐水的接触面积，从而增加了工作负荷。当负荷达到了工作要求后，就会停止向工作缸内注水，于是极板和盐水的接触面积就会成为一个固定值，从而促进负荷的稳定。如果想要减小负荷，储备缸上放气的电磁阀就会打开，工作缸内的水面比储备缸的水面要高，盐水在重力的作用下就会返回到储备缸里。于是，极板和水面的接触面积变小，促使荷载下降。
    水电组负荷的调节具有延迟性，而且延迟时间和常数比较大，再加上没有自动平衡的能力，工作干扰因素多，对象的模型不容易确定导致可控性差。所以，使用传统的PID方法，在系统稳定的时候能够有比较好的效果。但是，一旦负荷处于比较大的波动时，对系统的控制就会产生麻烦。在这种情况下，选择使用模糊控制方法，能够克服系统的非线性特性和时变特性，大大提高控制效果。
    电抗器的选用是TKS型可调式，它能够通过伺服电动机带动传动机构，然后促使调压器的定子和转子产生一定的角度位移，从而改变电抗器内部绕组的合成有效匝数。同时，会使电抗器的等值电阻发生变化，在调节电抗阻值的同时，能够在一定的范围内实现调节无功电流大小的目的，并且不会影响有功电流的调节。
    水电阻负荷功率自动控制系统的设计
    水电阻负荷的干扰因素多，变化大，想要实现系统的动态性能观测，就可以使用二维模糊控制器。
    电流互感器在工作过程中，能够将实际的电流值从0到5A进行转换。然后，通过电流变送器，将电流信号转换成为4—20mA信号，这是PLC模拟输入模块能够识别的。模糊控制器通过PLC的编程来实现。
    模糊控制器通过将实际电流和给定电流进行比较后，得出偏差信号e和变化率ec，将精确的输入数字转化为模糊的隶属函数，于是就会把传感器的输入转换成知识库能够识别的变量。现场操作人员制定出模糊规则，经过解开模糊的过程，就能实现对充气、放气电磁阀的开关和脉冲时间的控制。于是，水电阻的大小得到调整，负荷电流的大小和功率大小就能够得到有效控制。
    电抗器功率自动控制系统的设计
    电抗器的性质是线性电抗器，它的特点有三个：第一，不会造成电源的波形发生畸变；第二，不会产生任何的电磁干扰；第三，不会被电磁波所干扰。
    盐水缸功率自动控制系统的软件实现
    在监控界面中设定盐水缸的电流值，并且将其发送给控制器PLC，就能够实现对盐水缸的电流值、液位进行实时监测，从而方便观察盐水缸自动控制的效果。
    综上所述，在船舶发电机组负荷性能的测试中，针对水电阻负荷扰动较大的特点，通过设计和计算采用模糊控制的方法能够减小超调量，实现快速稳流的目标。采用控制电机来带动电抗器的传动结构，能够准确地输出输入无功电流。在相关的实践中，这种方法显示出良好的效果，值得推广使用。